PLANETE TERRE
Cosmologie
Planétologie
Mathieu Dalibard – dalibard.mathieu@gmail.com
Organisationducours Big Bang & Univers Galaxies & Étoiles Système solaire ExobiologieLa planète Terre
ÉTOILES
&
GALAXIES
N...
Particule affectée Portée Intensité Bosons
•La force nucléaire forte Quarks Subatomq Forte Gluon
•La force électromagnétiq...
Constellation du Cygne
Big Bang & Univers Galaxies & Étoiles Système solaire ExobiologieLa planète TerreObjets
stellaires
...
Galaxies & Étoiles Système solaire ExobiologieLa planète TerreBig Bang & Univers De la voie lactée
Au Soleil
VENUS
Distanc...
StructureinternedelaTerre Big Bang & Univers Galaxies & Étoiles Système solaire ExobiologieLa planète TerreLa Terre solide...
GEODYNAMIQUE
EXTERNE
Mathieu Dalibard – dalibard.mathieu@gmail.com
Organisationducours
LE SOLEIL
COMME
SOURCE
D’ENERGIE
PHYSIQUE DES
ENVELOPPES
FLUIDES
LES CYCLES
BIOGEOCHIMIQUES
RECHAUFFEM...
Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiqLe Soleil,
source d’énergie
L’effet de se...
Esterlies
polaires
Front polaire
Jet polaire
Jet subtropical
Dynamiquegénéraledel’atmosphère Energie solaire Circulations ...
Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiqCycles
biogéochimiques
Lecycledel’oxygène...
Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiqClimats
de la Terre
ElNiño&LaNiña
Des ven...
Les événements de Heinrich
Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiq Climats
passé...
Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiq Global
warming ?
Conséquencesduréchauffe...
MODELISATION
CLIMATIQUE
Mathieu Dalibard – dalibard.mathieu@gmail.com
Pour cet exercice nous allons travailler sur un modèle une couche d’une centaine de
mailles (cases):
MaillagedelaCorse Qu’...
On utilise la méthode numérique des différences finies à notre système en 2D (nous
considérons notre système isotrope pour...
PALEONTOLOGIE
Mathieu Dalibard – dalibard@univ-corse.fr
Origine / Evol°Organisationducours
ORIGINE ET
EVOLUTION
DE LA VIE
RECONNAISSANCE
DES MACRO
ET DES
MICROFOSSILES
PALEO
BOTA...
Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Origine et
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Mécanismesetm...
Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Origine et
evolution
Ces modificat...
Nautiloïdes
Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Macro et
micro fossile...
Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Paléo
botanique
Gymnosperme = grai...
PRIMAIRE SECONDAIRE TERTIAIRE IV
aireCamb. Ordo. Dévo. Trias Jur. Paléoc.Sil. Carbo. Permien Ctcé Eoc. Oligoc. Mioc. Plio....
Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Evolution des
vertébrés
Si l’on ré...
Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Crise du
vivant
 3 grandes faunes...
Chien Ours Racoon Belette Phoque Otarie Chat Singe
Chien 0 32 48 51 50 48 98 148
Ours 32 0 26 34 29 33 84 136
Racoon 48 26...
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Apercu cours CORTE

  1. 1. PLANETE TERRE Cosmologie Planétologie Mathieu Dalibard – dalibard.mathieu@gmail.com
  2. 2. Organisationducours Big Bang & Univers Galaxies & Étoiles Système solaire ExobiologieLa planète Terre ÉTOILES & GALAXIES NOTRE SYSTÈME SOLAIRE LA VIE DANS L’UNIVERS DU BIG BANG À L’UNIVERS CONNU DYNAMIQUE DE LA TERRE SOLIDE Théorie du Big Bang Forme et dimensions de l’Univers Début de l’Univers? La théorie du Big Bang L’expansion de l’Univers Rapport Hydrogène/ Hélium Un Univers homogène et isotrope La planitude de l’Univers Forces et particules Le Big Bang Composition de L’Univers L’avenir de l’Univers Quand les galaxies étaient nébuleuses L’origine des galaxies et des étoiles Les galaxies Les amas de galaxies Les rencontres de galaxies Les nébuleuses Les étoiles Formation des étoiles Hertzsprung–Russel Les différents types d’étoiles La fin des étoiles géantes Formation du système solaire Organisation du système solaire Système solaire interne Système solaire externe Observations de surface Structure sismique du globe Structure interne de la Terre Tectonique des plaques Le magnétisme terrestre
  3. 3. Particule affectée Portée Intensité Bosons •La force nucléaire forte Quarks Subatomq Forte Gluon •La force électromagnétique Particules chargées Infinie Photon •La force nucléaire faible Quarks et leptons Subatomq W et Z •La force de gravitation Particules massiques Infinie Faible Graviton Le modèle standard de l’Univers considère 4 forces fondamentales qui agissent sur les particules qui composent l’Univers: Forcesetparticules Big Bang & Univers Galaxies & Étoiles Système solaire ExobiologieLa planète TerreThéorie du Big Bang Agit sur Force électrofaible Force réunificatrice Théorie des supercordes Sur un temps court (=5,4.10-44 sec, le temps de Planck) et une distance courte (=1,8.10-33 cm, la longueur de Planck), ces forces entrent en contradiction avec la théorie d’Einstein. C’est la frontière entre théorie de la relativité et la physique quantique. Réconcilier la gravité et les autres forces constitue le prochain défi à relever pour les physiciens, la gravité quantique.
  4. 4. Constellation du Cygne Big Bang & Univers Galaxies & Étoiles Système solaire ExobiologieLa planète TerreObjets stellaires Distance: 180 pc Magnitude: 3,3 – 14,2 Masse: 15,5 Masse solaire Chi Cygni montre l’une des plus grandes variations en magnitude connues. Sa magnitude fluctue selon une période de 407 jours. Visible uniquement au télescope à son minimum elle est facilement visible à l’œil nu à son maximum. Chi Cygnus Lesdifférentstypesd’étoiles–Lesétoilesvariables
  5. 5. Galaxies & Étoiles Système solaire ExobiologieLa planète TerreBig Bang & Univers De la voie lactée Au Soleil VENUS Distance au Soleil: 108,2 Millions de km Diamètre: 12 104 km (0,95 x la Terre) Période de révolution: 225 jours La surface de Vénus est essentiellement composée de laves. Elle est beaucoup moins cratérisée que Mercure  la surface est beaucoup plus jeune. La planète Vénus a été très active du point de vue volcanique (Volcanisme arrêté il y a environ 10 Ma). A l’heure actuelle il ne semble pas y avoir ni volcanisme, ni tectonique des plaques. Surface composée de laves Manteau silicaté Noyau de Fer/Nickel Externe: liquide Interne: solide Arachnoïde Couronne Farrum Systèmesolaireinterne–Vénus
  6. 6. StructureinternedelaTerre Big Bang & Univers Galaxies & Étoiles Système solaire ExobiologieLa planète TerreLa Terre solide et sa dynamique La structure interne de la Terre correspond à une zonation thermo-mécanique. LVZ LITHOSPHERE MANTEAU > MANTEAU < NOYAU EXTERNE NOYAU INTERNE Moho Discontinuité de Gutenberg Discontinuité D’’ La Température de la roche augmente en fonction de la profondeur  C’est le gradient géothermique, il est de 30°C/km en moyenne 0 2000 4000 6000 Ondes POndes S Temperature Temperature (°C)
  7. 7. GEODYNAMIQUE EXTERNE Mathieu Dalibard – dalibard.mathieu@gmail.com
  8. 8. Organisationducours LE SOLEIL COMME SOURCE D’ENERGIE PHYSIQUE DES ENVELOPPES FLUIDES LES CYCLES BIOGEOCHIMIQUES RECHAUFFEMENT CLIMATIQUE ? PALEO CLIMATOLOGIE Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiqLe Soleil, source d’énergie LES CLIMATS DE LA TERRE Nature des rayonnements Bilan radiatif de la Terre L’Effet de serre Latitude et énergie solaire Régions excédentaires / Régions déficitaires Implications de la zonation thermique Pression et vents Dynamique générale de l’atmosphère Températures de l’océan L’océan un système dynamique Les échanges océan/atmosphère Le cycle de l’eau Le cycle du carbone Le cycle de l’oxygène et le couplage CO2-O2 Le cycle de l’azote Le cycle du phosphore Le cycle du soufre Les saisons Propriétés des masses d’air, fronts et perturbations La zonation climatique de la Terre Les phénomènes de mousson Les cyclones tropicaux Les orages El Niño & La Niña L’oscillation Nord Atlantique Les archives climatiques Greenhouse VS Icehouse Historique de la paléoclimatologie La théorie astronomique des climats Les cycles Glaciaire/Interglaci aire Les pulsations climatiques Gaz à effet de serre Le réchauffement planétaire Influence du Soleil Causalité ges/réchauffement planétaire Conséquences du réchauffement planétaire Notre compréhension du réchauffement climatique Aspects diplomatiques et économiques Que faire?
  9. 9. Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiqLe Soleil, source d’énergie L’effet de serre est donc un phénomène nécessaire au maintien de températures positives à la surface de la Terre. Si l’on résume grossièrement le bilan thermique: • 30% de l’énergie solaire reçue  Réfléchie par les nuages, l’atmosphère et le sol • 50% absorbés par la Terre (20% réémis en infrarouges, 10% transmis à l’atmosphère par conduction, 20% servent à l’évaporation) • 20% directement absorbés par l’atmosphère 390 78 326 160 + 326 = 390 + 96 Energie absorbée par les gaz à effet de serre 78 + 96 + 390 = 326 + 238 96 238 Rayonnement solaire parvenant au niveau de l’atmosphère Rayonnement solaire réfléchi par les nuages, l’atmosphère et le sol Rayonnement infrarouge absorbé par le sol Chaleur et évapo- transpiration Rayonnement infrarouge émis par le sol Emission d’infrarouges vers l’espace Bilan radiatif de la Terre (en W.m²) L’effetdeserre
  10. 10. Esterlies polaires Front polaire Jet polaire Jet subtropical Dynamiquegénéraledel’atmosphère Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiqEnveloppes fluides Westerlies Alizés du nord est Alizés du sud est PO LAI RE F E R R E L H A D L E Y H A D L E Y FE RR EL PO LAI RE
  11. 11. Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiqCycles biogéochimiques Lecycledel’oxygèneetcouplageCO2-O2 Le cycle de l’oxygène est un cycle court attaché au cycle court du carbone organique: la végétation produit une certaine quantité d’oxygène grâce à l’activité de photosynthèse des végétaux. C’est l’océan qui partaiquement à lui seul joue le rôle de régulateur de l’oxygène atmosphérique. La composante végétale du plancton, le phytoplancton, produit de l’oxygène par photosynthèse. Cependant une partie seulement de la matière organique est oxydée, l’autre partie se dépose au fond des océans et est incorporée dans les sédiments (où elle est protégée de l’oxydation permettant la formation des hydrocarbures). Finalement une partie de l’oxygène océanique est donc libérée dans l’atmosphère et va être utilisée pour la respiration ainsi que les phénomènes d’oxydation.  C’est le taux d’enfouissement du carbone organique et celui de l’oxydation des matériaux terrestres qui conditionne la teneur en 02 dans l’atmosphère. <<
  12. 12. Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiqClimats de la Terre ElNiño&LaNiña Des vents d'ouest apparaissent à l'extrémité est du bassin et repoussent le réservoir d'eau chaude vers le centre du Pacifique équatorial. Les alizés s'affaiblissent, voire disparaissent. La zone des précipitations se déplace également vers l'est, provoquant des pluies abondantes sur les îles du centre du Pacifique, puis sur la côte ouest de l'Amérique du Sud. EL NIÑO Le long des côtes du Chili et du Pérou, l’upwelling s’étant arrêté les sels nutritifs se raréfient, ainsi que les poissons.
  13. 13. Les événements de Heinrich Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiq Climats passés Lespulsationsclimatiques–CyclesdeBond
  14. 14. Energie solaire Circulations Biogéochimie RéchauffementClimat passéZones climatiq Global warming ? Conséquencesduréchauffementplanétaire  Impact sur les écosystèmes Changement climatique et qualité du vin… La durée de la saison de végétation et les températures sont critiques sur la croissance de la vigne et la qualité du vin (capacité des raisins à atteindre un niveau optimal de sucre, d’acidité et de parfum) Des températures prolongées au dessus de 10°C peuvent causer une véraison prématurée, une forte perte des raisins ou une totale absence de parfum. Qualité et fréquence des vins devraient augmenter. Diminution des risques Diminution de la production de vins de qualité de tout type
  15. 15. MODELISATION CLIMATIQUE Mathieu Dalibard – dalibard.mathieu@gmail.com
  16. 16. Pour cet exercice nous allons travailler sur un modèle une couche d’une centaine de mailles (cases): MaillagedelaCorse Qu’est ce qu’un modèle? Application à la CorseModèle Terrestre Application d’un modèle au climat Corse
  17. 17. On utilise la méthode numérique des différences finies à notre système en 2D (nous considérons notre système isotrope pour le moment). Notre maillage est défini sur la base d’une grille à éléments carrés, de ce fait la formule pour calculer les valeurs des mailles en fonction des mailles adjacentes (méthode itérative) est : Vi,j = (Vi+1,j + Vi,j-1 + Vi-1,j + Vi,j+1) / 4 On applique cette formule à toutes les mailles de notre modèle. Premiermodèle Qu’est ce qu’un modèle? Application à la CorseModèle Terrestre Application d’un modèle au climat Corse
  18. 18. PALEONTOLOGIE Mathieu Dalibard – dalibard@univ-corse.fr
  19. 19. Origine / Evol°Organisationducours ORIGINE ET EVOLUTION DE LA VIE RECONNAISSANCE DES MACRO ET DES MICROFOSSILES PALEO BOTANIQUE EVOLUTION DES VERTEBRES NOTION DE CRISE DU VIVANT EXEMPLE DE RECONSTRUCTION PALEOENVIRONNE MENTALE Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Origine et evolution Apparition de la vie sur Terre Il était une fois la vie Mécanismes et modalités de l’évolution Foraminifères: Rois de la paléo- océanographie Cnidaires, Trilo- bites et echino- dermes: voyage à Burgess Brachiopodes VS Bivalves Gastéropodes et Céphalopodes: les viscérocon-ques Les Echinodermes De la photosynthèse à la conquête des continents Systématique Les cryptogames Les préspermaphytes Les phanérogames TP – Evolution des plantes TP - L’utilisation de la palynologie en paléoclimats – Application à l’Afrique tropicale L’origine des vertébrés La conquête du milieu aquatique La « sortie des eaux » La révolution amniotique L’âge des reptiles La frontière Dinosaures/Oiseaux Les « reptiles mammaliens » Le règne des mammifères Un petit pas pour les Primates... ... Un grand pas vers l’humanité Le retour du catastrophisme Quantification des extinctions Crise ou Radiation? Qu’est ce qu’une extinction Taxons et crises Les causes des extinctions Les big fives Exemples de « crises mineures » Explosions et radiations adaptatives Les extinctions normales Périodicité des extinctions La méthode des Cénogrammes – La Grande Coupure Théorie et pratique de la phylogénie Biochronologie et chronostratigraphie Le CO2 et l’évolution des végétaux feuillés PaléoADN et évolution Ichnopaléontologie et Biométrie Foraminifère et paléocéanographie Paléobiogéographie Paléoécologie
  20. 20. Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Origine et evolution Mécanismesetmodalitésdel’évolution  L’évolution existe-t’elle?  Evolution de la pensée évolutive  Quelques « règles » du vivant  Les « lois » de l’évolution  Différents niveaux d’observation 1- Adaptation et Evolution  Sélection et adaptation  Sélection naturelle: modalités  Sélection sexuelle  La variabilité intraspécifique  La spéciation  Le gradualisme phylétique  Les équilibres ponctués  Le cas de l’insularité 2- Génétique et Evolution  La conception biologique de l’espèce  Génétique et évolution  Mutations et modifications de l’espèce  Génétique et sélection 3- Développement et Evolution  L’EVO-DEVO  La génétique du développement  Les allométries de croissance  Les hétérochronies du développement 4- Origine de la forme et Evolution  Biophysique et morphogénèse  La suite de Fibonacci dans le vivant  Structures de Turing et morphogénèse Conclusion  L’évolution une notion qui évolue...  Les crises et les radiations Théorie Darwinienne de l’Evolution Théorie Synthétique de l’Evolution ou Neodarwinisme Théorie de l’EVO-DEVO Développement, Morphogénèse et Evolution
  21. 21. Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Origine et evolution Ces modifications du développement ontogénétique constituent un mécanisme important de l’évolution. Ces changements expliquent l’apparition soudaine de certains caractères dans des lignées et les variations non graduelles. A B C D E A B C D E A B C D E A B C A B C D A B A B C D DEBUT DU DEVELOPPEMENT FIN DE LA CROISSANCE APPARITION DES CORNES DEVELOPPEMENT ANCESTRAL PROGENESE NEOTENIE POST- DEPLACEMENT HYPERMORPHOSE ACCELERATION PRE- DEPLACEMENT SIX ALTERATIONS POSSIBLES DU DEVELOPPEMENT DES DESCENDANTS Mécanismesdel’évolution–Leshétérochroniesdudéveloppement
  22. 22. Nautiloïdes Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Macro et micro fossiles Céphalopodes–Avousdejouer Ammonoïdes Coleoïdes Orthocône Cyrtocône Gyrocône Ophiocône Nautilocône Cadicône Ellipticône Sphaerocône Oxycône Serpenticône Platicône Goniatite Cératite Ammonite Phyloceratina Lytoceratina Ammonitida Clymenida  Le rostre: en forme de cigare et constitué de couches concentriques de calcite fibreuse  Le phragmocône: élément cônique cloisonné traversé par un siphon ventral  Le proostracum: prolongement dorsal en forme de lame du phragmocône Chez les Belemnites:
  23. 23. Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Paléo botanique Gymnosperme = graine nue Principalement représentées par les Coniférophytes. Ils apparaissent au Dévonien ont leur apogée durant le Mésozoïque et sont encore bien représentés à l’Actuel. L’apparition d’une grande diversité de plantes à cette époque est nommé l’Explosion Dévonienne. Le « verdissement » des continents agit comme un puit de dioxyde de carbone. La probable diminution des gaz à effets de serre dans l’atmosphère est évoqué comme cause pour expliquer l’épisode d’extinction fini Dévonien par le biais d’un refroidissement global. Lesphanérogames
  24. 24. PRIMAIRE SECONDAIRE TERTIAIRE IV aireCamb. Ordo. Dévo. Trias Jur. Paléoc.Sil. Carbo. Permien Ctcé Eoc. Oligoc. Mioc. Plio. Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.L’évolutiondesvertébrés Gnathostomes Chondrichtyens Osteichtyens Actinopterygiens Sarcopterygiens Ripidistiens Tétrapodes Reptiliomorphes Amniotes Synapsides Sauropsides Anapsides Diapsides Sauropterygiens Lépidosaurom. Lépidosauriens Euryapsides Archosaurom. Archosauriens Squamates Dinosaures Thérapsides Mammifères Prothériens Thériens Placentaires ? Urochordés Céphalocordés Agnathes myxinoïdes Agnathes Petromyzontides Elasmobranches Holocéphales Chondrostéens Holostéens Téléostéens Actinistiens Dipneustes Amphibiens Chéloniens Rhyncocéphales Lacertiliens Ophidiens Crocodiles Oiseaux Monotrèmes Marsupiaux Proboscidiens Artiodactylae Cétacés Perissodactylae Chiroptères Primates Homina ** Thécodontes Placodermes Acanthodiens Porolépiformes Ostéolépiformes Elpistostégaliens Diadectomorphes Cotylosauriens Pareiasaur. Mésosaures Ichtyosaures Placodontes Nothosaures Plésiosauriens * Eosuchiens Mosasaures Rhyncosauriens Crurotarsiens Pterosaures Ornitischiens Saurischiens *** Pélicosaures Sphenacodontidae DicynodontesGorgonopsia **** Cynodontes Multituberculés Docodontes Triconodontes Symmétrodontes Creodonta *** ** * **** Evolution des vertébrés
  25. 25. Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Evolution des vertébrés Si l’on résume: Tétrapodes Amniotes Ichthyostega Acanthostega Tulerpeton Pederpes Tiktaalik Eryops Diplocaulus La«sortiedeseaux»
  26. 26. Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Crise du vivant  3 grandes faunes: • Cambrienne • Paléozoïque • Moderne  5 grandes crises: • Ordovicienne • Frasnien/Famennien • Permo/Trias • Trias/Jurassique • Crétacé/Tertiaire Sepkoski et Raup sont connus pour leur travaux effectués sur de gigantesques bases de données paléontologiques (nombre de familles d’invertébrés marins). Ils identifient trois grandes faunes évolutives (Cambrienne, Paléozoïque et moderne) qui sont composées de classes d’animales qui présentent des patterns de diversification parallèles (en terme de taux de renouvellement, d ’écologies...) et qui se succèdent les unes aux autres au cours du temps. Entre et durant ces trois phases s’intercallent 5 épisodes de crises biologiques (les « big fives »). Leretourducatastrophisme
  27. 27. Chien Ours Racoon Belette Phoque Otarie Chat Singe Chien 0 32 48 51 50 48 98 148 Ours 32 0 26 34 29 33 84 136 Racoon 48 26 0 42 44 44 92 152 Belette 51 34 42 0 44 38 86 142 Phoque 50 29 44 44 0 24 89 142 Otarie 48 33 44 38 24 0 90 142 Chat 98 84 92 86 89 90 0 148 Singe 148 136 152 142 142 142 148 0 Origine / Evol° Recon. fossiles Paléobota. Evol. vertébrés Crise du vivant Paléoenviron.Reconstruction paléoenvir. Théorieetpratiquedelaphylogénie–Application 1. Trouver les deux taxons i et j pour lesquels la distance Dij est la plus petite 2. Créer le nouveau groupe (ij) contenant nij membres avec nij = ni + nj 3. Connecter i et j dans l’arbre à un nouveau noeud (ij) qui correspond au nouveau groupe. Attribuer aux branches connectant i à (ij) et j à (ij) la longueur Dij / 2 4. Calculer la distance entre le nouveau groupe (ij) et tous les autres groupes en utilisant Dij,k = ni x Dik / (ni + nj) + nj x Djk / (ni + nj) 5. Eliminer les colonnes et les lignes correspondant aux groupes i et j et ajouter celles correspondant au nouveau groupe (ij). 6. Si il reste un seul élément dans la matrice, arrêter, sinon retourner en 1.

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